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S7－200和MM440在鋼絲/鋼管復(fù)繞生產(chǎn)線上的應(yīng)用
信息來(lái)源：西門子中國(guó) 發(fā)布時(shí)間：2019-01-11 14:40:05 點(diǎn)擊次數(shù)：0
在鋼絲/鋼管復(fù)繞生產(chǎn)線中，收線電機(jī)控制整線速度，排線電機(jī)自動(dòng)跟蹤收線速度，放線電機(jī)控制張力。
關(guān)鍵詞：
收線速度控制線徑控制張力控制
一簡(jiǎn)述
OPGW光纜是近幾年來(lái)流行的特種光纜，其優(yōu)良的使用方式和廣泛的用途使其具有廣泛的市場(chǎng)。由于生產(chǎn)這種光纜所需要的不銹鋼管，鋼絲，鋁合金絲和鋁包鋼絲通常是散圈提供或采用1米盤包裝，而OPGW生產(chǎn)線上所使用的線盤規(guī)格為0.63米，因此需要一種復(fù)繞機(jī)，將散裝的原材料復(fù)繞到0.63米的小盤上。
二技術(shù)要求和系統(tǒng)構(gòu)成
1. 技術(shù)要求• • • •
生產(chǎn)線速度：≥300m/min;
張力要求：
A) 不銹鋼管：10N≤F≤50N;
B) 鋼絲，鋁包鋼絲：100N≤F≤250N;
C) 鋁合金絲：50N≤F≤150N;
記米精度：0.2%;
排線速度：自動(dòng)跟蹤收線速度；
2. 系統(tǒng)構(gòu)成（電氣部分）：
收線，排線和防線電機(jī)均采用變頻電機(jī)，驅(qū)動(dòng)器采用SIEMENS的MM440系列變頻器，操作和生產(chǎn)工藝參數(shù)顯示采用SIEMENS的TP－070觸摸屏，全線控制采用SIEMENS的S7－226＋EM－231構(gòu)成。S7－226的PORT0＃用于和MM440通訊（USS4），PORT1＃用于和TP－070通訊。
三各系統(tǒng)簡(jiǎn)介
1. 收線速度控制
收線用于收卷鋼絲，鋼管。上下，開(kāi)合線盤采用電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)絲桿的方式。電機(jī)采用普通的交流電機(jī)加接觸器控制。而收線電機(jī)采用變頻電機(jī)和MM440控制。收線速度由速度電位器通過(guò)EM－231送入S7－226，再通過(guò)USS4協(xié)議由S7－226加到MM440上。由于生產(chǎn)線的速度較快，線盤具有較大的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。收線的加速度不宜太大，因此收線速度的設(shè)定采用PID運(yùn)算。同時(shí)收線盤應(yīng)采用高速動(dòng)平衡盤。
驅(qū)動(dòng)器類型： MM440，7.5KW
MM440設(shè)定：P700＝5
P731＝52.3（驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)）
P1000＝5
P2009＝1
P2010＝6
P2011＝0
2. 線徑控制
由于排線速度需根據(jù)線徑自動(dòng)跟蹤收線速度（U＝K * ω * D）。
其中U：排線速度，K：修正系數(shù)，ω：收線速度，D：線徑。所以排線電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的設(shè)定由以下兩個(gè)因素決定。• •
收線速度通過(guò)旋轉(zhuǎn)編碼器測(cè)定，其信號(hào)通過(guò)S7－226的10.6和10.7送入PLC （高速計(jì)數(shù)器4），PLC編程采用定時(shí)中斷，在單位時(shí)間內(nèi)測(cè)量高速計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值即為收線速度。
線徑設(shè)定通過(guò)TP－070設(shè)定，并送入PLC。
PLC將上述兩個(gè)參數(shù)相乘并乘以相應(yīng)的修正系數(shù)（根據(jù)機(jī)械變速比決定），即為排線速度，通過(guò)USS4協(xié)議送入MM440。
需要注意的是，由于排線電機(jī)在使用過(guò)程中需要高速換向，因此當(dāng)收到換向信號(hào)時(shí)，電機(jī)需要高速的降速和升速過(guò)程，MM440需外接制動(dòng)電阻。
排線驅(qū)動(dòng)器類型：MM440，0.75KW
MM440設(shè)定：P700＝5
P731＝52.3（驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)）
P1000＝5
P1120＝3
P1121＝3
P1234＝
P1235＝
P1237＝
P2009＝1
P2010＝6
P2011＝1
3. 放線張力控制
在整條生產(chǎn)線上，收線電機(jī)決定線速度，而張力則是由放線電機(jī)決定，由于較高的張力要求，放線需采用主動(dòng)工作方式。
當(dāng)復(fù)繞不銹鋼管時(shí)采用速度方式，P1000＝2，速度給定由跳舞輪電位器送入PID 板，經(jīng)過(guò)PID運(yùn)算由MM440模擬量輸入1?？谳斎?。其張力的大小由舞蹈輪的配重決定。• •
當(dāng)復(fù)繞鋼絲，鋁包鋼絲，鋁合金絲時(shí)采用張力方式，P1000＝5，速度給定由USS4協(xié)議設(shè)定一個(gè)反向速度，當(dāng)鋼絲拉緊以后，速度環(huán)飽和，根據(jù)線速度和放線焦速度即可以確定放線盤半徑，根據(jù)工藝張力要求，通過(guò)設(shè)定電機(jī)電流比率（P0640）即可以控制張力。
由于在張力方式時(shí)放線電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，因此驅(qū)動(dòng)器必須外接制動(dòng)電阻，制動(dòng)電阻必須具有足夠的制動(dòng)電流和功率。
放線驅(qū)動(dòng)器類型：MM440，7.5KW
MM440設(shè)定：P700＝5
P0640=150（速度方式）或根據(jù)工藝設(shè)定（張力方式）
P731＝52.3（驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)）
P1000＝2或5（根據(jù)速度和張力的方式切換由USS4寫入MM440）
P1237＝5
P2009＝1
P2010＝6
P2011＝2
4. 計(jì)米和線速度系統(tǒng)
計(jì)米和線速度傳感器采用旋轉(zhuǎn)編碼器，由S7－226的10.1和10.2端（高速計(jì)數(shù)器0）送入PLC。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)值乘以修正系數(shù)（由計(jì)米輪徑和編碼器線數(shù)決定）即為計(jì)米值。單位時(shí)間內(nèi)高速計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值即為全線速度。計(jì)米值和全線速度通過(guò)TP－070顯示。
四 調(diào)試過(guò)程中的一些需特別注意的問(wèn)題
1. 變頻電機(jī)的連接電纜必須采用屏蔽電纜，并且必須雙端接地！在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試時(shí)，單端接地甚至干擾PLC與筆記本計(jì)算機(jī)的通訊。
2. 變頻器與PLC的接地必須可靠，所有信號(hào)電纜的屏蔽層必須雙端接地。接地線必須有足夠的截面。
3. PLC的M端必須接地。
4. USS4電纜PLC端的連接必須用SIEMENS的DP網(wǎng)絡(luò)連接器。
5. USS4電纜必須采用SIEMENS的紫色網(wǎng)絡(luò)電纜。
6. MM440端的485連線絕不能反，否則網(wǎng)絡(luò)口必然損壞
五 設(shè)計(jì)特點(diǎn)
由于采用USS4協(xié)議，電氣系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：
1. 電氣硬件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔、明快，給調(diào)試和維修帶來(lái)很大方便。
2. 系統(tǒng)抗干擾能力大為提高。
3. 改變工作方式非常方便（由于MM440用BICO技術(shù)，通過(guò)USS4改變關(guān)鍵參數(shù)，即可以達(dá)到目的）。
4. 由于采用USS4協(xié)議和MM440變頻器，大大降低了制造成本。通常類似的系統(tǒng)需采用直流系統(tǒng)，昂貴的直流電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器，是制造成本居高不下的根本原因。而采用MM440則可以以較低的成本，達(dá)到上述工藝目的。另外由于采用USS4協(xié)議可以省略D/A模塊，在一定程度上也可以降低成本。
六 存在的問(wèn)題
1. 當(dāng)使用張力方式時(shí)，通過(guò)設(shè)定P0640設(shè)定張力，線性度不好，效果不是最理想。估計(jì)所控制的電機(jī)電流不是全部用于輸出扭矩，有一部分可能用于勵(lì)磁。
2. MM440內(nèi)部的PID單元在啟動(dòng)前就開(kāi)始積分，當(dāng)啟動(dòng)時(shí)，速度瞬時(shí)較大，對(duì)機(jī)械設(shè)備有沖擊。
3. MM440的網(wǎng)絡(luò)接線不是最牢靠，并且一旦接錯(cuò)必然損壞器件。給現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試帶來(lái)很大壓力。
七 設(shè)備工藝布置，電氣圖紙和程序清單
綜述：
上述系統(tǒng)從2000年7月在南通中天日立光纜股份有限公司和魯能泰山電纜有限公司曲阜電纜廠運(yùn)行至今，情況良好。最近英國(guó)PROTON公司與我公司也簽訂了三條復(fù)線生產(chǎn)線，不日交貨。可以相信S7－200、MM440變頻器的優(yōu)良性能和極高的性能價(jià)格比使他們?cè)陔娎|行業(yè)具有廣泛的應(yīng)用前景。
關(guān)鍵詞：
收線速度控制線徑控制張力控制
一簡(jiǎn)述
OPGW光纜是近幾年來(lái)流行的特種光纜，其優(yōu)良的使用方式和廣泛的用途使其具有廣泛的市場(chǎng)。由于生產(chǎn)這種光纜所需要的不銹鋼管，鋼絲，鋁合金絲和鋁包鋼絲通常是散圈提供或采用1米盤包裝，而OPGW生產(chǎn)線上所使用的線盤規(guī)格為0.63米，因此需要一種復(fù)繞機(jī)，將散裝的原材料復(fù)繞到0.63米的小盤上。
二技術(shù)要求和系統(tǒng)構(gòu)成
1. 技術(shù)要求• • • •
生產(chǎn)線速度：≥300m/min;
張力要求：
A) 不銹鋼管：10N≤F≤50N;
B) 鋼絲，鋁包鋼絲：100N≤F≤250N;
C) 鋁合金絲：50N≤F≤150N;
記米精度：0.2%;
排線速度：自動(dòng)跟蹤收線速度；
2. 系統(tǒng)構(gòu)成（電氣部分）：
收線，排線和防線電機(jī)均采用變頻電機(jī)，驅(qū)動(dòng)器采用SIEMENS的MM440系列變頻器，操作和生產(chǎn)工藝參數(shù)顯示采用SIEMENS的TP－070觸摸屏，全線控制采用SIEMENS的S7－226＋EM－231構(gòu)成。S7－226的PORT0＃用于和MM440通訊（USS4），PORT1＃用于和TP－070通訊。
三各系統(tǒng)簡(jiǎn)介
1. 收線速度控制
收線用于收卷鋼絲，鋼管。上下，開(kāi)合線盤采用電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)絲桿的方式。電機(jī)采用普通的交流電機(jī)加接觸器控制。而收線電機(jī)采用變頻電機(jī)和MM440控制。收線速度由速度電位器通過(guò)EM－231送入S7－226，再通過(guò)USS4協(xié)議由S7－226加到MM440上。由于生產(chǎn)線的速度較快，線盤具有較大的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。收線的加速度不宜太大，因此收線速度的設(shè)定采用PID運(yùn)算。同時(shí)收線盤應(yīng)采用高速動(dòng)平衡盤。
驅(qū)動(dòng)器類型： MM440，7.5KW
MM440設(shè)定：P700＝5
P731＝52.3（驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)）
P1000＝5
P2009＝1
P2010＝6
P2011＝0
2. 線徑控制
由于排線速度需根據(jù)線徑自動(dòng)跟蹤收線速度（U＝K * ω * D）。
其中U：排線速度，K：修正系數(shù)，ω：收線速度，D：線徑。所以排線電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的設(shè)定由以下兩個(gè)因素決定。• •
收線速度通過(guò)旋轉(zhuǎn)編碼器測(cè)定，其信號(hào)通過(guò)S7－226的10.6和10.7送入PLC （高速計(jì)數(shù)器4），PLC編程采用定時(shí)中斷，在單位時(shí)間內(nèi)測(cè)量高速計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值即為收線速度。
線徑設(shè)定通過(guò)TP－070設(shè)定，并送入PLC。
PLC將上述兩個(gè)參數(shù)相乘并乘以相應(yīng)的修正系數(shù)（根據(jù)機(jī)械變速比決定），即為排線速度，通過(guò)USS4協(xié)議送入MM440。
需要注意的是，由于排線電機(jī)在使用過(guò)程中需要高速換向，因此當(dāng)收到換向信號(hào)時(shí)，電機(jī)需要高速的降速和升速過(guò)程，MM440需外接制動(dòng)電阻。
排線驅(qū)動(dòng)器類型：MM440，0.75KW
MM440設(shè)定：P700＝5
P731＝52.3（驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)）
P1000＝5
P1120＝3
P1121＝3
P1234＝
P1235＝
P1237＝
P2009＝1
P2010＝6
P2011＝1
3. 放線張力控制
在整條生產(chǎn)線上，收線電機(jī)決定線速度，而張力則是由放線電機(jī)決定，由于較高的張力要求，放線需采用主動(dòng)工作方式。
當(dāng)復(fù)繞不銹鋼管時(shí)采用速度方式，P1000＝2，速度給定由跳舞輪電位器送入PID 板，經(jīng)過(guò)PID運(yùn)算由MM440模擬量輸入1?？谳斎?。其張力的大小由舞蹈輪的配重決定。• •
當(dāng)復(fù)繞鋼絲，鋁包鋼絲，鋁合金絲時(shí)采用張力方式，P1000＝5，速度給定由USS4協(xié)議設(shè)定一個(gè)反向速度，當(dāng)鋼絲拉緊以后，速度環(huán)飽和，根據(jù)線速度和放線焦速度即可以確定放線盤半徑，根據(jù)工藝張力要求，通過(guò)設(shè)定電機(jī)電流比率（P0640）即可以控制張力。
由于在張力方式時(shí)放線電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，因此驅(qū)動(dòng)器必須外接制動(dòng)電阻，制動(dòng)電阻必須具有足夠的制動(dòng)電流和功率。
放線驅(qū)動(dòng)器類型：MM440，7.5KW
MM440設(shè)定：P700＝5
P0640=150（速度方式）或根據(jù)工藝設(shè)定（張力方式）
P731＝52.3（驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)）
P1000＝2或5（根據(jù)速度和張力的方式切換由USS4寫入MM440）
P1237＝5
P2009＝1
P2010＝6
P2011＝2
4. 計(jì)米和線速度系統(tǒng)
計(jì)米和線速度傳感器采用旋轉(zhuǎn)編碼器，由S7－226的10.1和10.2端（高速計(jì)數(shù)器0）送入PLC。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)值乘以修正系數(shù)（由計(jì)米輪徑和編碼器線數(shù)決定）即為計(jì)米值。單位時(shí)間內(nèi)高速計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值即為全線速度。計(jì)米值和全線速度通過(guò)TP－070顯示。
四 調(diào)試過(guò)程中的一些需特別注意的問(wèn)題
1. 變頻電機(jī)的連接電纜必須采用屏蔽電纜，并且必須雙端接地！在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試時(shí)，單端接地甚至干擾PLC與筆記本計(jì)算機(jī)的通訊。
2. 變頻器與PLC的接地必須可靠，所有信號(hào)電纜的屏蔽層必須雙端接地。接地線必須有足夠的截面。
3. PLC的M端必須接地。
4. USS4電纜PLC端的連接必須用SIEMENS的DP網(wǎng)絡(luò)連接器。
5. USS4電纜必須采用SIEMENS的紫色網(wǎng)絡(luò)電纜。
6. MM440端的485連線絕不能反，否則網(wǎng)絡(luò)口必然損壞
五 設(shè)計(jì)特點(diǎn)
由于采用USS4協(xié)議，電氣系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：
1. 電氣硬件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔、明快，給調(diào)試和維修帶來(lái)很大方便。
2. 系統(tǒng)抗干擾能力大為提高。
3. 改變工作方式非常方便（由于MM440用BICO技術(shù)，通過(guò)USS4改變關(guān)鍵參數(shù)，即可以達(dá)到目的）。
4. 由于采用USS4協(xié)議和MM440變頻器，大大降低了制造成本。通常類似的系統(tǒng)需采用直流系統(tǒng)，昂貴的直流電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器，是制造成本居高不下的根本原因。而采用MM440則可以以較低的成本，達(dá)到上述工藝目的。另外由于采用USS4協(xié)議可以省略D/A模塊，在一定程度上也可以降低成本。
六 存在的問(wèn)題
1. 當(dāng)使用張力方式時(shí)，通過(guò)設(shè)定P0640設(shè)定張力，線性度不好，效果不是最理想。估計(jì)所控制的電機(jī)電流不是全部用于輸出扭矩，有一部分可能用于勵(lì)磁。
2. MM440內(nèi)部的PID單元在啟動(dòng)前就開(kāi)始積分，當(dāng)啟動(dòng)時(shí)，速度瞬時(shí)較大，對(duì)機(jī)械設(shè)備有沖擊。
3. MM440的網(wǎng)絡(luò)接線不是最牢靠，并且一旦接錯(cuò)必然損壞器件。給現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試帶來(lái)很大壓力。
七 設(shè)備工藝布置，電氣圖紙和程序清單
綜述：
上述系統(tǒng)從2000年7月在南通中天日立光纜股份有限公司和魯能泰山電纜有限公司曲阜電纜廠運(yùn)行至今，情況良好。最近英國(guó)PROTON公司與我公司也簽訂了三條復(fù)線生產(chǎn)線，不日交貨。可以相信S7－200、MM440變頻器的優(yōu)良性能和極高的性能價(jià)格比使他們?cè)陔娎|行業(yè)具有廣泛的應(yīng)用前景。
| 6SE6440-2UD17-5AA1 | 0.75KW | 西門子變頻器mm440 |
| 6SE6440-2UD21-5AA1 | 1.5KW | 西門子變頻器mm440 |
| 6SE6440-2UD22-2BA1 | 2.2KW | 西門子變頻器mm440 |
| 6SE6440-2UD23-0BA1 | 3KW | 西門子變頻器mm440 |
| 6SE6440-2UD24-0BA1 | 4KW | 西門子變頻器mm440 |
| 6SE6440-2UD25-5CA1 | 5.5KW | 西門子變頻器mm440 |
| 6SE6440-2UD27-5CA1 | 7.5KW | 西門子變頻器mm440 |
| 6SE6440-2UD31-1CA1 | 11KW | 西門子變頻器mm440 |
| 6SE6440-2UD31-5DB1 | 15KW | 西門子變頻器mm440 |
| 6SE6440-2UD31-8DB1 | 18.5KW | 西門子變頻器mm440 |
| 6SE6440-2UD32-2DB1 | 22KW | 西門子變頻器mm440 |
| 6SE6440-2UD33-0EB1 | 30KW | 西門子變頻器mm440 |
| 6SE6440-2UD33-7EB1 | 37KW | 西門子變頻器mm440 |
| 6SE6440-2UD34-5FB1 | 45KW | 西門子變頻器mm440 |
| 6SE6440-2UD35-5FB1 | 55KW | 西門子變頻器mm440 |
| 6SE6440-2UD37-5FB1 | 75KW | 西門子變頻器mm440 |
| 6SE6440-2UD37-5FA1 | 75KW | 西門子變頻器mm440 |
| 6SE6440-2UD38-8FB1 | 90KW | 西門子變頻器mm440 |
| 6SE6440-2UD41-1FB1 | 110KW | 西門子變頻器mm440 |
| 6SE6440-2UD41-3GB1 | 132KW | 西門子變頻器mm440 |
| 6SE6440-2UD41-6GB1 | 160KW | 西門子變頻器mm440 |
| 6SE6440-2UD42-0GB1 | 200KW | 西門子變頻器mm440 |